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Comment on réinvente la voiture
Visite au centre de recherche où Michelin a développé une voiture a piles à combustible qui utilise énergie d'origine solaire, et essai sur route
par Bruno Giussani
16 mai 2007
Alors que la plupart des constructeurs de voitures se sont lancés à la poursuite de la Toyota Prius en sortant des hybrides de différents types (essence-électricité, essence-biocarburant, essence-hydrogène, essence-gaz naturel), la vraie innovation dans la mobilité automobile est en train de prendre forme dans une halle industrielle en banlieue de Fribourg.
C'est la forme d'une voiture appelée Hy-Light. Récemment, le directeur du projet Pierre Varenne m'a invité à y faire un tour. Je me suis retrouvé au volant d'une auto silencieuse, dotée d'une très bonne accélération et d'une étonnante stabilité, sans embrayage ni boîte de vitesse, et n'émettant dans l'atmosphère que de la vapeur d'eau.
Puis, en me montrant une installation de panneaux solaires, Varenne a dit amusé: "voici la station-service". On y reviendra.
Fribourg peut paraître un endroit improbable pour inventer la voiture du futur, puisqu'il n'y a pas d'industrie automobile en Suisse. Mais il se pourrait bien par contre que ce soit le lieu idéal: loin des grands intérêts industriels et pétroliers. Parce que Pierre Varenne, un ingénieur à la voix calme et aux idées claires, croît que la seule façon de vraiment recréer la voiture pour la rendre "propre" est de réinventer également le système qui produit l'énergie qui la propulse.
Varenne dirige l'équipe du Centre de Conception et Développement Michelin à Givisiez, près de Fribourg, qui compte environ 70 personnes. Ce qu'ils ont à montrer est une vraie voiture, pas un concept: la Hy-Light est immatriculée en Suisse (respecte donc les normes en vigueur) et voyage discrètement sur nos routes depuis plus de deux ans.
La voiture est construite autour d'une pile à combustible (PAC). Autrement dit, elle est propulsée par l'électricité générée en mélangeant hydrogène et oxygène à travers une membrane. L'hydrogène est stocké sous pression dans une structure spécialement conçue à l'intérieur même du châssis, alors que l'oxygène a un réservoir séparé. C'est probablement le seul point faible du design du véhicule: la nécessité de faire le plein deux fois. "Mais cela ne prends que deux fois quatre minutes", précise Varenne.
La Hy-Light est un catalogue sur roues d'innovations dans le domaine des technologies "propres". La nouveauté principale s'appelle "Active Wheel": les moteurs électriques (qui ne pèsent que quelques kilos chacun) et les suspensions sont logés à l'intérieur des roues. "Le système est basé sur une unité centrale de production d'énergie, la PAC, et des périphériques qui l'utilisent: les roues actives", explique Pierre Varenne (la voiture peut être à deux ou quatre roues motrices). "Entre les deux, il n'y a que des câbles électriques".
La pile à combustible utilisée pour le prototype a été développée par l'Institut Paul Scherrer basé près de Zurich, qui est à la pointe dans la recherche électrochimique. Une de ses caractéristiques est qu'elle utilise de l'oxygène pur. Les piles de tous les autres constructeurs prennent l'oxygène directement depuis l'air ambiant, ce qui engendre une perte d'efficience, puisqu'il faut un compresseur et un système déstiné à maîtriser la qualité de l'air entrant, notamment son humidité. Le concept à oxygène pur de la Hy-Light augmente ainsi l'efficacité de la PAC de près d'un tiers. Michelin travaille maintenant à la prochaine version de la PAC, avec comme but à terme "un prix accessible à tous".
Un avantage des moteurs électriques est qu'ils peuvent devenir des générateurs d'énergie. Quand le conducteur de la Hy-Light ralentit ou freine, l'énergie cinétique (générée par le mouvement du véhicule) est récupérée et stockée dans ce qu'on appelle des supercondensateurs, pour être utilisée dans l'accélération suivante. Les supercondensateurs, produits par la société Maxwell à Rossens, sont un ingénieux compromis entre une batterie (qui peut emmagasiner beaucoup d'énergie mais offre peu de puissance) et les condensateurs d'électricité classiques (qui offrent une puissance phénoménale mais pas de stockage). Cette technologie renforce la puissance de la voiture en phase d'accélération, sans augmentation de consommation.
La Hy-Light est bien évidemment truffée de senseurs, qui relaient l'information à une unité centrale qui contrôle les moteurs électriques, les suspensions et les freins. Pendant l'essai, j'ai pris quelques virages à haute vitesse, et j'ai été étonné par la stabilité de la voiture, qui est restée plaquée au sol. L'électronique dans les roues, explique l'ingénieur Pierre-Alain Magne, qui est aussi le "pilote" attitré de la voiture, intervient pour compenser le tangage quant on freine, ainsi que la bascule dans les virages.
Une question s'impose: loger des moteurs et de nombreux composants électroniques dans les roues signifie les rapprocher du sol, en les exposant à l'eau, à la neige, à la boue et aux chocs. Varenne reconnaît que c'est un chapitre qui n'a pas encore été totalement approfondi et que des tests d'endurance, et à plus grande échelle, seront nécessaires.
Dans son incarnation actuelle, la Hy-Light pèse 850 kg, atteint une vitesse de 130 km/heure, peut passer de 0 à 100 km/heure en moins de 12 secondes, et a une autonomie de 300 km avec un plein (enfin: un double plein). Ce qui est comparable à une voiture moyenne produite en série. Sauf que pour parcourir 100 km la voiture de Michelin ne consomme que l'équivalent énergétique de moins de 2.5 litres d'essence, et n'émet dans l'atmosphère que de la vapeur d'eau.
L'équipe de Givisiez ne se borne pas à travailler sur la PAC ou sur les supercondensateurs. Quand on parle du futur de la mobilité, la voiture n'est qu'une pièce d'un très grand puzzle. La question vraiment difficile est celle de l'infrastructure énergétique. "Il nous faut créer une voiture propre, mais aussi produire l'énergie de façon propre", dit Varenne.
L'hydrogène compte actuellement pour environ 1 pour cent de la consommation d'énergie au monde, utilisé surtout pour des buts industriels. La quasi totalité est produite en brûlant du pétrole, du charbon et du gaz naturel -- une approche fort peu écologique. Moins de 5 pour cent est extrait de l'eau par électrolyse. L'électrolyse est le processus par lequel on sépare l'eau en hydrogène et oxygène en y faisant passer un courant électrique. Etant donné la taille des océans, l'eau sera à l'avenir la source la plus évidente d'hydrogène. Avec la technologie actuelle, cependant, cela exige encore trop d'électricité.
Il faut souligner ici un magnifique paradoxe: les piles à combustible sont le contraire exact d'un électrolyseur. Dans ce dernier, l'électricité passée dans l'eau produit de l'hydrogène et de l'oxygène; dans une PAC, H2 et O2 intéragissent à travers une membrane produisant électricité et vapeur d'eau. "Malheureusement on n'a pas encore inventé la pile à combustible réversible, qui puisse fonctionner dans les deux sens", dit Varenne.
A défaut de la PAC bidirectionnelle, les ingénieurs de Michelin se sont attelés à valider l'électrolyseur. En collaboration avec la société électrique fribourgeoise Groupe E ils ont installé 55 mètres carrés de panneaux solaires -- la "station-service" indiquée par Varenne. Une surface relativement modeste, dans une région qui n'est pas considérée comme la plus ensoleillée de Suisse. Pourtant, l'énergie produite actionne un électrolyseur qui produit chaque année assez d'oxygène et d'hydrogène pour parcourir 20'000 km avec la Hy-Light, soit à peu près la distance moyenne parcourue par un Américain en un an (les Européens conduisent un tiers de moins).
Le Groupe E croît fermement au potentiel de l'électrolyse. Ses spécialistes travaillent à l'augmentation de l'efficience et à la réduction de la taille de l'électrolyseur. Il occupe actuellement l'espace d'un petit garage: "il faut qu'on le ramène à la taille d'une machine à laver", affirme le directeur général Philippe Virdis. La métaphore n'est pas choisie au hasard: la société électrique fribourgeoise est engagée depuis trois ans dans une stratégie visant à repenser le système électrique du pays. But: que "chaque habitant puisse produire sa propre électricité, pour sa maison et sa voiture ", à travers une combinaison de capteurs solaires, d'électrolyseur et d'une inédite pile à combustible domestique. "C'est une approche décentralisée, renouvelable, durable", affirme Virdis.
C'est également une approche totalement novatrice. Partis pour réinventer la roue, l'équipe de Varenne et ses partenaires, le Groupe E en tête, sont en train de prouver qu'il est possible de repenser de façon écologiquement durable la voiture et, en même temps, toute l'infrastructure énergétique.
(copyright 2007 Bruno Giussani)
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